申请日2021.09.29
公开日期2021.12.03
IPC分类C02F1/461;C02F101/36;C02F101/32;C02F101/20;C02F101/34;C02F101/30
摘要
本发明涉及一种内电解水处理装置及方法，属于污水处理技术领域。本发明以金属盖圆心处插入中心电极，中心电极外套绝缘圆套，连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极。针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应(界面反应)，降解有机污染物。具有能耗低，设备工艺简单，处理费用低的优点。
权利要求
1.一种内电解水处理反应器，其特征在于:包括反应器本体(1)为绝缘层壳体；反应器本体(1)上设金属盖板(2)、下设反应器盖底(3)；金属盖板(2)上设置有气孔(13)；在金属盖板(2)的中心位置设置有一圆形通孔，中心电极(4)连同绝缘套(5)穿过圆形通孔，中心电极(4)直达反应器本体(1)的底部；通过气孔(13)嵌入放电针，放电针的针尾(6)置于金属盖板(2)上；
所述金属盖板(2)和中心电极(4)分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500V以上；
反应器本体(1)外部设有进水阀(11)和出水阀(12)，进水阀(11)安装于反应器本体(1)一侧的下端；出水阀(12)安装于反应器本体(1)另一侧的上端。
2.根据权利要求1所述的内电解水处理反应器，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合。
3.根据权利要求2所述的内电解水处理反应器，其特征在于：所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn；所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3；所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。
4.根据权利要求1所述的内电解水处理反应器，其特征在于：反应器本体(1)为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀(12)上设置有滤网(9)可防止颗粒物外排；所述金属盖板(2)上通过螺钉(7)与反应器本体(1)连接,反应器盖底(3)与反应器本体(1)可拆卸连接或铰接,连接处设有密封圈防止漏水。
5.根据权利要求1所述的内电解水处理反应器，其特征在于：将金属盖板(2)替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机(17)，其可带动螺旋叶片(16)的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板(15)，可通过螺钉(7)与反应器本体(1)固定连接。
6.根据权利要求1-5所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体，以金属盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，而金属接受N型半导体电子后，即与电源正极上正电荷中和，故金属与N型半导体匹配带有正电荷，具备强氧化性，发生内电解反应，进而降解有机污染物；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为离子型有机物：刚果红、亚甲基蓝、甲苯、有机磷农药、苯酚、苯或氯苯。
7.根据权利要求1-5所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，其特征在于：
反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和P型半导体，以钢盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源负极，金属盖板2连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压正极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和P型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与P型半导体之间的高位电势差，从而P型半导体带负电，而金属向P型半导体转移电子后，又可以从电源负极补充电子，即金属和P型半导体匹配带有负电荷，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为重金属离子：Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。
8.根据权利要求1-5所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为P型半导体和N型半导体，以玻璃钢盖圆心处插入中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为电镀废水，化工废水或印染废水。
9.根据权利要求1-5所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，其特征在于：螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，并与调速电极连接，可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外将反应器盖底(3)打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底(3)，同时添加新催化剂。
10.根据权利要求6所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，其特征在于：所述催化剂为N型半导体Fe2O3，再水处理反应器中反应饱和之后，可用于水泥厂或钢铁厂回收Fe。
说明书
一种内电解水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种内电解水处理装置及方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
当今世界范围内，处理污水方案有许多，但都存在各自局限，处理成本低廉的效果欠佳，处理效果明显的比如湿式氧化，超临界氧化等，由于高温高压原因，处理成本极为高昂，仅限于小范围应用。
内电解法被广泛应用到废水处理工艺中，如石化废水，电镀工艺废水，印染废水，单晶硅工业生产废水等。
而现有的内电解技术处理降解污水具有能耗低，设备工艺简单，处理费用低的优点。但其不足也很明显，主要是污染物降解率不高，平均30％左右。另外，固定反应床工作一段时间后(通常为半年)，都会出现床层板结现象，轻则污水处理效率降低，重则整个反应器报废的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种内电解水处理装置能耗小、污染物降解率提高至70％以上，并且成本低，处理每吨污染水的用电量在5度以内，催化剂成本低，还可以配合螺旋搅拌器使用，可以有效解决固定床板结问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种内电解水处理反应器，其特征在于:包括反应器本体(1)为绝缘层壳体；反应器本体(1)上设金属盖板(2)、下设反应器盖底(3)；金属盖板(2)上设置有气孔(13)；在金属盖板(2)的中心位置设置有一圆形通孔，中心电极(4)连同绝缘圆套穿过圆形通孔直达反应器本体(1)的底部；通过气孔(13)嵌入放电针，放电针的针尾(6)置于金属盖板(2)上；
所述金属盖板(2)和中心电极(4)分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500V以上；
反应器本体(1)外部设有进水阀(11)和出水阀(12)，进水阀(11)安装于反应器本体(1)一侧的下端；出水阀(12)安装于反应器本体(1)另一侧的上端。
优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合。
优选的，所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn；所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3；所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。
优选的，反应器本体(1)为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀(12)上设置有滤网(9)可防止颗粒物外排；所述金属盖板(2)上通过螺钉(7)与反应器本体(1)连接,反应器盖底(3)与反应器本体(1)可拆卸连接或铰接,连接处设有密封圈防止漏水。
优选的，将金属盖板(2)替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机(17)，其可带动螺旋叶片(16)的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板(15)，可通过螺钉(7)与反应器本体(1)固定连接。
为了解决上述技术问题，本发明提出的另一技术方案是：所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体，以金属盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源负极，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，而金属接受N型半导体电子后，即与电源正极上正电荷中和，故金属与N型半导体匹配带有正电荷，具备强氧化性，发生内电解反应，进而降解有机污染物；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为离子型有机物：刚果红、亚甲基蓝、甲苯、有机磷农药、苯酚、苯或氯苯。
优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和P型半导体，以钢盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源负极，金属盖板2连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压正极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和P型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与P型半导体之间的高位电势差，从而P型半导体带负电，而金属向P型半导体转移电子后，又可以从电源负极补充电子，即金属和P型半导体匹配带有负电荷，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为重金属离子：Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。
优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为P型半导体和N型半导体，以玻璃钢盖圆心处插入中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；
反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20-40min，处理后的污水经出水阀流出；
所述的污染水为电镀废水，化工废水或印染废水。
优选的，螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，并与调速电极连接，可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外将反应器盖底(3)打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底(3)，同时添加新催化剂。
优选的，所述催化剂为N型半导体Fe2O3，再水处理反应器中反应饱和之后，可用于水泥厂或钢铁厂回收Fe。
本发明的有益效果：
1、污染物降解率提高至70％以上。
2、本发明的内电解水处理装置能耗小、并且成本低，处理每吨污染水的用电量在5度以内，催化剂成本低。
3、本发明的内电解水处理装置配合螺旋搅拌器使用，可以有效解决固定床板结问题。
（发明人：洪忠伟; 万京林; 戴阳）
